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Mittwoch, 28 Oktober 2020 10:00

Neue Chemie für ultradünne Gassensoren

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Die Anwendung von Zinkoxidschichten in der Industrie ist vielfältig und erstreckt sich vom Schutz verderblicher Waren vor Luft bis zur Detektion von giftigen Stickoxiden. Solche Schichten können mit Hilfe der Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) hergestellt werden, die normalerweise Vorläuferchemikalien, sogenannte Präkursoren, einsetzt, die sich an der Luft aber sofort entzünden. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat jetzt einen neuen Herstellungsprozess etabliert, der auf nicht selbstentzündlichen Präkursoren basiert und bei so niedrigen Temperaturen abläuft, dass auch Kunststoffe beschichtet werden können.

Um einen Sensor für Stickstoffdioxid (NO2) herzustellen, muss eine dünne Schicht nanostrukturiertes Zinkoxid (ZnO) auf ein Sensorsubstrat aufgebracht und anschließend in ein elektrisches Bauteil eingebunden werden. Das Forscherteam nutzte ALD, um ultradünne ZnO-Schichten abzuscheiden.

In der Industrie werden ZnO-Schichten bisher mit einem extrem reaktiven Zinkpräkursor hergestellt, der sich an Luft sofort entzündet. Der Schlüssel für die Entwicklung eines sicheren ALD-Prozesses war daher die Erforschung eines neuen, nicht pyrophoren Präkursors, der sicher gehandhabt werden kann und in der Lage ist, ZnO-Schichten in der höchsten Qualität herzustellen. Das Besondere am neuen Prozess ist, dass er sogar bei geringen Temperaturen möglich ist, so dass auch Kunststoffe beschichtet werden können. Dadurch ist der neue Prozess nicht nur für die Herstellung von Gassensoren geeignet, sondern auch für Gasbarriere-schichten. Diese werden in der Industrie auf Plastik aufgebracht und dafür genutzt, empfindliche Waren wie Lebensmittel und Medikamente vor Luft zu schützen.

Veröffentlichung: Lukas Mai et al.: Zinc Oxide: From precursor chemistry to gas sensors: Plasma‐enhanced atomic layer deposition process engineering for zinc oxide layers from a nonpyrophoric zinc precursor for gas barrier and sensor applications, in: Small, 2020, DOI: 10.1002/smll.202070122

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